煤储层吸附时间特征及影响因素

文章编号:167221926(2003)0620502204
收稿日期:2003208204;修回日期:2003209202.基金项目:“十五”国家重点科技攻关项目(编号:2001BA 605A 207201),科学技术部科研院所社会公益专项资金项目(编号:
2001D I A 10016),国家
“973”项目(编号:2002CB 211703)联合资助.作者简介:李小彦(19532),女,陕西扶风人,高级工程师,从事煤岩学、煤层气地质学研究.
煤储层吸附时间特征及影响因素
李小彦,解光新
(煤炭科学研究总院西安分院,陕西西安　710054)
摘　要:煤层气含量测定时获得的吸附时间参数是评价气体扩散速率的量化指标,也是煤层气资源
评价的一个敏感性指标。

该指标控制煤层气井初始和长期的产出速率,直接参与煤储层模拟。

通过我国部分煤层气井的实际测试,对煤储层的吸附时间特征及影响测试值的因素进行了探讨,对吸附时间参数的应用提出了一些新认识。

关键词:煤层气;气含量;吸附时间;解吸速率
中图分类号:T E 12211 文献标识码:A
0　前言
“吸附时间”是煤层气开发中不可或缺的储层参数。

吸附时间最早曾被定义为63.2%的气体被解吸出来时所需的时间;按解吸速率的高低,吸附时间单位以小时和天来表示。

随着煤层气商业性开发进程的需要,后来对吸附时间又进行了重新认识,厘定为气含量测试的总气体体积(包括损失气、解吸气和残余气)的6312%被解吸出来时所需的时间。

吸附时间是气体从煤中解吸的速率,是一种物理量。

同一口井不同煤组或不同煤层的吸附时间,反映了不同的气体运移特征[1]。

为达到预测实际初始和长期产出速率的目的[2,3],通过对储层模拟,在垂向上可清楚地区分出许多具有不同厚度但气体运移和储集特性相同的岩性单元,也可把单一煤带分成
许多层并给定气体储存和运移的特征。

吸附时间关系到煤层气井进入产气高峰期的时间长短,例如美国黑勇士盆地3种吸附时间值所对应的气产量曲线,具有明显的差别[4]。

美国西部内陆的白垩纪烟煤,埋深在849m 左右,吸附时间较短。

如圣胡安盆地的水果地组煤层,吸附时间一般在2～50h ;阿巴拉契亚和黑勇士盆地宾西法尼亚纪煤的吸附时间一般较长,最多可达600d 。

从1990年至2001年上半年,我国27个省区有地面施工煤层气井186口[5]。

据煤炭科学研究总院西安分院投标测试的近50口井的测定结果,实际吸
附时间最短在几个小时,最长35164d ,一般在5d 左右,持续解吸时间长达50～100余天。

图1为我国部分煤层的吸附时间随煤级变化的分布情况。

图1　我国部分煤层气勘探井中吸附时间与反射率的变化
第14卷第6期
2003年12月
天然气地球科学
NA TU RAL GA S GEOSC IENCE
V o l .14N o .6D ec .　2003
1　煤储层吸附时间参数特征
我国成煤期多,聚煤地域广阔,成煤环境多变,煤的物质组成复杂,煤级高低有别,成煤期后构造运动频繁。

现今勘探的目标层是经历长期地质作用和改造后的产物,实际测试获得的数据证明其为多种因素综合作用的结果。

1.1　同一煤层吸附时间的变化
笔者通过多年对华北、西南、东北等地煤层气井测试发现:由于煤层垂向上和横向上的非均质性,同一口勘探井中同一煤层的不同分层煤芯样品的吸附时间大小不一,但一般比较接近(见图2);
而同一煤层的不同类型(煤芯、煤屑)样品,煤芯样品比煤屑样品的吸附时间普遍大出很多(图3)。

图2
　同一煤层吸附时间变化
图3　同一煤层不同类型样品吸附时间变化
1.2　同一口井不同煤组和煤层吸附时间的变化
由于沉积环境的差别,也影响到同一口井的不同煤层或煤组吸附时间的大小。

如华北地区普遍发育太原组和山西组两个煤组,在沁水盆地太原组煤的吸附时间比山西组煤的吸附时间小(图4)。

这种情况在其他地区同一口井的不同煤层也曾出现。

1.3　不同几何形态煤样吸附时间的变化
由于煤层沉积条件、物质组成及所处的地质构造单元不同,煤层在剖面上的分布状态不同。

尽管勘探取芯采用同一方式,仍可得到几何形态完全不同的煤芯样品,诸如柱状、块状和粉状等。

这几种形状
不同样品的吸附时间也不同:柱样吸附时间最长
,块样中等,粉样最小(图5)。

图4　同一口井不同煤组吸附时间变化
图5　不同几何形态煤样的吸附时间变化
114　不同煤体结构煤层的吸附时间变化
由于经受差异性构造运动的影响,不同地区不同煤层的吸附时间也不相同。

在构造作用强烈地区,煤层被构造挤压成糜棱状,造成吸附时间较长,如淮南新集煤层(图6),吸附时间最长可达18.51d ,平均6～7d 。

而接近变质的原生结构煤层,样品破碎成粉状,造成吸附时间较短。

如云南恩洪煤层的吸附
时间仅1～2d 。

图6　原生结构煤和构造煤吸附时间变化
在一些矿区,局部构造也会造成煤层糜棱化出
现软分层,使吸附时间变小,如阳泉3煤。

3
05N o .6 李小彦等:煤储层吸附时间特征及影响因素
2　煤层吸附时间的影响因素
从理论上讲,影响煤层吸附时间参数的地质因素不外乎煤层的沉积环境、煤岩组分、煤岩类型、煤级和构造作用等。

2.1　沉积环境、煤岩组分、煤岩类型对煤层吸附时
间的影响
由于成煤作用的差异变化,同一煤层在剖面上会形成不同的煤岩类型分层,各分层煤岩组分含量、裂隙发育程度和煤层气解吸速率均有差异,煤层吸附时间参数也不尽相同(图2)。

对华北石炭—二叠纪煤层气实施钻井,目标层是山西组3煤和太原组15煤。

该两组煤层分属陆相和海陆交互相沉积。

在宏观煤岩类型上太原组煤层半亮煤和光亮煤的比例高,煤岩组分镜质组含量高,且以无结构镜质体为主,煤层裂隙发育,取芯时多为块状样品;而山西组煤层暗淡成分相对多,同在一个构造单元,裂隙发育不如太原组煤层,取芯时多为柱状样品。

虽在同一口井,山西组煤层的吸附时间长,甚至长出太原组煤层好几倍(图4)。

在其它地区钻井中,不同煤层因环境差异同样会出现同种情况。

2.2　煤样几何形态对煤层吸附时间的影响
这一点在同一煤层或不同钻孔中表现尤为明显。

低煤级煤硬度小,光亮成分含量高的煤层一般会出现粉样或块样;高煤级煤硬度大,多为块样和柱样。

样品几何形态不同,气体解吸速率不同,吸附时间也不同(图5)。

2.3　煤体结构对煤层吸附时间的影响
原生结构煤和构造煤,表现出不同的吸附时间值,如煤级大致近似的淮南新集和云南恩洪煤样(图6)。

前者为构造煤,煤体结构多为糜棱煤和碎粒煤,宏观上煤岩组分挤压呈鳞片状或梭状,受力后为一堆形态各异的松散碎块,手搓可成粉末。

显微镜下煤岩组分成角砾状或不规则碎片交织在一起,颗粒之间的裂缝被更细小的粉粒充满,显微组分的定向规则排列被破坏,原生裂隙被扭曲堵塞。

该煤气体扩散速度小,运移阻力大,导致解吸速率减慢,解吸持续时间长达50余天,吸附时间4.75～7.33d。

云南恩洪解吸样品属于原生结构,宏观上也为碎粒和粉末状,但镜下组分排列有序,只是粒度较小,裂隙发育,解吸持续时间30～40d,吸附时间2d左右。

3　结论
综上所述,吸附时间随煤级的变化而变化,不完全具备良好的线性关系(图1)。

而各种地质营力的综合作用,使煤层的裂隙发育程度明显不同,并进一步影响到煤的块度,再进一步控制着煤层气解吸速率及扩散运移的路径并引起吸附时间的变化。

同一煤层、同一口井的不同煤组、不同煤体结构和不同类型样品均可反映气体在非均匀、各相异性介质中的质量交换、质量传递过程的物理化学性质变化,最终均影响介质的几何形态。

(1)柱状样品。

相对暗淡成分高,煤层硬度大,裂隙不甚发育,气体在降压后扩散路径长,产生的扩散阻力大,煤层渗透性中等,控制解吸速率程度低,持续解吸时间长,吸附时间值一般大于10d。

此类煤层在开采时,排水降压周期长,利于气井长期稳产。

(2)块状样品。

相对光亮成分高,裂隙发育且成网络状,煤层受力易沿裂隙破碎,取芯时多得到大小不等的块样,降压后气体扩散路径相对短,扩散阻力小,煤层渗透性好,气体流通,解吸速率高,持续解吸时间相对短,吸附时间在5d左右。

在经过一定时间的排水降压后,此类煤层即可达到开采高产期,是理想的开采层。

(3)粉状样品。

煤样几乎为毫米级,降压后气体迅速扩散,解吸速率高,解吸周期短,吸附时间一般1d左右。

开采时短期内可达高峰期,但不利于气井长期稳产。

(4)糜棱状构造煤,多为梭状、糜棱状,组分扭曲重排,裂隙网络完全破坏,并被煤粉堵塞,煤层渗透性极低,即使压力降到很低,气体被裹挟在煤粒中也不容易扩散出来,气体解吸速率低,解吸周期长,获得的吸附时间相对也长。

此类煤层排水排气均较困难,产能低,不利于煤层气开采。

参考文献:
[1]　GR I1A Guide to D eter m ining Coalbed Gas Content[C]11995.
[2]　Sa w yer W K,Zuber M D,Kuuskraa V A,et al.U sing rese2
rvoir si m ulati on and field data to define m echanis m s control2
ling coalbed m ethane p roducti on[A].P roceedings of the1987 Coalbed M ethane Symposium[C].U niversity of A laba m a Tuscal oosa,198712952307.
[3]　P ratt T J,C l ose J C.Integrated m ethods for coal gas reserv2
oir cop leti on Zone Selecti on[A].SPE Paper26630,p resented at the68th A nnual Technical Conference and Exhibiti on of the So2
ciety of Petroleum N gineers[C].Housston,Texas.1993,10:32
6.
[4]　King G R,E rtekin T.N um eriacal si m ulati on of the transient be2
havi or of coal2sea m degassificati on w ells[A].SPE Paper12258,
p resented at the Reservoir Si m ulati on Symposium[C].San F ran2
cisco,California,1983,11:15218.
405 天　然　气　地　球　科　学 V o l.14
[5]　张新民,解光新1我国煤层气开发面临的主要科学技术问题及
对策[J ].煤田地质与勘探,2002,2:19222.
CHARACTER I STI CS AND EFFECTI NG FACT ORS OF AD S ORPTI ON
TI M E OF COAL BE D GAS RESERV O I R
L I X iao 2yan ,X IE Guang 2x in
(X i ’an B ranch ,Ch ina Coal R esearch Institu te ,X i ’an 710054,Ch ina )
Abstract :T he ads o rp ti on ti m e as gas evaluating para m eter ,being obtained in p rocessing of coalbed gasm easure 2m en t ,is the quan titative index fo r evaluating gas des o rp ti on rate .T he para m eter is i m po rtan t fo r coalbed gas reservo ir si m ulati on and as a sen sible index to con tro l in itial and l ong peri od gas p roducing rate of coalbed w ell .T he purpo se of th is paper is to discuss the characteristics and affecting facto rs of ads o rp ti on ti m e and p reset s om e ne w understanding fo r th is para m eter app licati on ,based on conducted gasm easure m en ts fo r s om e coalbed gas w ells in Ch ina .
Key words :Coalbed gas ;Gas con ten t ;A ds o rp ti on ti m e ;D es o rp ti on rate .
CN K I 中国知识基础设施工程 编号:CA J 2SR 2002Z L 0609
中国学术期刊综合引证年度报告
(Ch i n ese Acade m ic Journal Co mprehen sive C itation Annual Report )
期刊名称:天然气地球科学
主办单位:中国科学院资源环境科学信息中心标准刊号:ISS N 167221926　CN 6221177 T E 引证报告:根据《中国学术期刊综合评价数据(CA JCED 2002)》对5186种统计刊源100余
万篇论文引用参考文献进行的统计,并经综合评价分析,本刊2001年度各项文献计量指标如下表:
总被引频次
影响因子即年指标2001载文量
被引半衰期33
011831
010000
40
415833
统计:何　辛工程师;分析:党亚茹教授;审核:花平环研究员
中国学术期刊(光盘版)电子杂志社
文献检索分析中心2003年7月1日
5
05N o .6 李小彦等:煤储层吸附时间特征及影响因素 。